¿Se puede utilizar la barra plana de acero para sistemas de puesta a tierra eléctrica en edificios?

Cumplimiento de la NEC y aceptación normativa de la barra plana de acero para puesta a tierra

Artículos 250.52 y 250.64 de la NEC: Cuándo la barra plana de acero califica como electrodo de puesta a tierra o como conductor de puesta a tierra

El Código Eléctrico Nacional (NEC) establece criterios específicos de dimensionamiento, materiales e instalación para los sistemas de puesta a tierra que incluyen barras planas de acero. Por ejemplo, el Artículo 250.52(A)(7) identifica las barras planas de acero como electrodos de puesta a tierra si se utilizan barras de acero bajo en carbono colocadas en posición horizontal por encima o por debajo de la línea de congelación. Para emplear estas barras como conductores de puesta a tierra, el Artículo 250.64 especifica los requisitos relativos a la protección mecánica, la sección y el estado de los componentes. No cumplir estos requisitos puede provocar un aumento de la impedancia del sistema de puesta a tierra entre un 40 % y un 70 %. Este aumento puede dar lugar a diversos problemas, como la incapacidad para detectar fallas de puesta a tierra y el fallo del equipo. Esta es la razón principal por la que el Manual del NEC 2023 proporciona detalles exhaustivos dirigidos a los electricistas.

Requisitos mínimos de tamaño según la Tabla 250.66 del NEC: dimensiones, espesor y profundidad de enterramiento de la barra plana de acero

Las barras de acero recubiertas deben tener dimensiones especificadas tras la galvanización. La pérdida de recubrimiento no debe provocar una reducción del acero base por debajo de los estándares de seguridad. En suelos con un pH inferior a 5,0, las barras metálicas más delgadas se corroerán casi tres veces más rápido que las barras estándar, según la norma IEEE Std. 80-2023. Esta corrosión acelerada representa un peligro para la gestión de corrientes de falla en el sistema. En zonas donde el suelo es demasiado rocoso para enterrar completamente los elementos, los equipos de campo deben documentar todas y cada una de las medidas adicionales adoptadas, como la instalación de capas más resistentes a la corrosión, puestas a tierra adicionales, etc. En estos casos, dichas medidas adicionales deben ser aprobadas por la autoridad competente.

Resistencia a la corrosión y vida útil de barras planas de acero para aplicaciones de puesta a tierra

Barra plana de acero galvanizado en caliente: ASTM A123 y resistencia a la corrosión de 30–50 años en suelos típicos

Los sistemas de puesta a tierra con barras planas de acero galvanizadas en caliente, conformes con las normas ASTM A123, han funcionado con éxito en diversas pruebas de campo. El recubrimiento de cinc actúa como una barrera contra la corrosión del suelo y absorbe primero la corrosión para proteger el acero subyacente. Ensayos independientes demuestran que estos recubrimientos tienen un espesor mínimo de 85 micrómetros, que es el espesor requerido para garantizar una protección de 30 a 50 años en suelos con pH entre 5,5 y 8,0 y resistividad superior a 1.000 ohm·cm. Los resultados de ensayos matriciales en condiciones extremas indican que el material permanece intacto tras el equivalente a 1.500 horas de niebla salina, lo que corresponde aproximadamente a 20 años de exposición costera. La instalación adecuada de estas barras de acero galvanizadas en caliente garantiza que los sistemas de puesta a tierra mantengan una resistencia inferior a 25 ohmios durante toda su vida útil y cumplan los requisitos de seguridad establecidos en la norma IEEE 80.

La degradación de barras planas de acero desnudas y galvanizadas en entornos costeros y áridos

Las infraestructuras de puesta a tierra permanentes están sometidas a agentes ambientales agresivos, comenzando por la corrosión en los sistemas de puesta a tierra. Factores como la humedad, las fluctuaciones de temperatura y la corrosión hacen que la galvanización adquiera una importancia creciente.

Entornos costeros y áridos

El acero sin protección en zonas costeras tiende a oxidarse a una velocidad de aproximadamente 1,5 mm por año debido a los cloruros, la humedad y las fluctuaciones de temperatura. En zonas áridas se espera una vida útil superior a 30 años, con menos del 15 % del recubrimiento (cinc) perdido, mientras que las barras de acero galvanizado (recubiertas) tienen una vida útil estimada de aproximadamente 30 años en zonas áridas.

Las superficies de acero sin recubrimiento acabarán por presentar picaduras. El acero sin recubrimiento se picará mucho más rápidamente que el acero recubierto. El acero galvanizado (recubierto con cinc) conserva aproximadamente el 98 % de su conductividad tras unos 10 años.

Las pruebas realizadas en diversas condiciones de vegetación y suelo en varias zonas geográficas confirman la suposición de los ingenieros de que los recubrimientos galvanizados duplican o triplican la vida útil de los componentes metálicos en condiciones adversas.

Esto es fundamental para garantizar conexiones y sistemas eléctricos fiables, cumpliendo así los requisitos de seguridad sin las molestias asociadas al mantenimiento.

Uso de barras planas de acero en los sistemas de puesta a tierra de edificios

Aplicaciones residenciales y comerciales: conectores principales de equipotencialización, barras colectoras de tierra y conexiones interelectrodos

Las barras planas de acero se utilizan en prácticamente todos los tipos de construcción, ya que ofrecen ventajas mecánicas superiores, son fáciles de terminar y resultan más económicas que la mayoría de las alternativas. En la construcción residencial, suelen emplearse como conductor principal de equipotencialización que conecta el equipo de servicio con los electrodos de puesta a tierra. Esto es especialmente crítico cuando se requieren múltiples varillas de tierra para alcanzar la resistencia objetivo de 25 ohmios exigida por la norma IEEE 142. En estructuras comerciales, el perfil plano resulta útil como barra colectora de tierra en cuadros de mando y tableros eléctricos. Asimismo, dicho perfil plano permite a los electricistas instalarlas en espacios reducidos, al tiempo que proporciona las áreas necesarias de barra colectora de tierra donde deben realizarse un gran número de conexiones a tierra. Las barras planas de acero también son adecuadas para interconectar diversos tipos de electrodos de puesta a tierra, como varillas de tierra, electrodos de puesta a tierra embebidos en hormigón (Ufer) e incluso tuberías metálicas de agua, que algunas personas denominan «tierra antigua». La interconexión de estos electrodos es lo que los electricistas suelen llamar un sistema de «baja impedancia», mucho más eficaz que tratarlos como componentes independientes del sistema.

Coordinación con la autoridad competente (AHJ), garantizando conexiones de baja impedancia y evitando daños mecánicos

Hay algunas consideraciones básicas para comenzar: instale barras de acero planas expuestas construidas a una profundidad inferior a 750 mm (30 pulgadas), utilizando el Código Eléctrico Nacional (NEC) como guía. Esto minimiza los efectos de una excavación accidental y evita que las barras sufran problemas relacionados con la temperatura. Para las conexiones a electrodos, barras colectoras (busbars) u otros equipos, utilice únicamente conectores aprobados por el código, como abrazaderas certificadas UL o soldaduras exotérmicas, ya que garantizan la continuidad eléctrica y térmica y reducen la resistencia. En condiciones del suelo fuera del rango normal, la galvanización en caliente se vuelve necesaria. En particular, si el pH del suelo es < 5,0 o > 10,0, o si la resistividad del suelo es < 1.000 ohm·cm, se requiere galvanización para cumplir con la norma ASTM A123. Asimismo, es recomendable contactar a la Autoridad Competente (AHJ, por sus siglas en inglés) para determinar si existen requisitos especiales aplicables al lugar del proyecto, tales como presencia de humedad, ubicación costera o suelos químicamente corrosivos. Estas condiciones pueden requerir ensayos adicionales, recubrimientos y/o medidas de control de calidad.

Preguntas frecuentes

1. ¿Qué función cumplen las barras planas de acero en los sistemas de puesta a tierra?

Las barras planas de acero actúan como electrodos de puesta a tierra que ayudan a disipar de forma segura y eficaz la corriente de falla hacia la tierra.

2. Las barras planas de acero están galvanizadas. ¿Por qué se realiza este proceso?

La galvanización recubre las barras de acero con una capa protectora de zinc, lo que aumenta su resistencia a la oxidación y la corrosión. Esto resulta especialmente importante en entornos costeros o muy secos.

3. ¿Cómo cumplen las barras planas de acero con los requisitos del NEC?

Las barras planas de acero deben instalarse a una profundidad mínima de 750 mm (30 pulgadas) bajo tierra. Asimismo, deben estar protegidas con una cubierta metálica sólida para evitar la corrosión. Las conexiones mecánicas abrasivas, junto con abrazaderas UL o soldaduras exotérmicas, deben realizarse sobre las barras.